8903649756

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej Nr 47 Politechnika Gdańska

Wydział Elektrotechniki i Automatyki Gdańsk 2015

STEROWANIE WIELOPOZIOMOWYM FILTREM AKTYWNYM Z SELEKTYWNĄ KOMPENSACJĄ HARMONICZNYCH

Piotr BANACH', Artur CICHOWSKI²

1.    Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki tel.: [phone] e-mail: [e-mail]

2.    Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki tel.: [phone] e-mail: [e-mail]

Streszczenie: W artykule przedstawiono metodę sterowania wielopoziomowym równoległym filtrem aktywnym z możliwością selektywnej kompensacji wybranych harmonicznych prądu z uw zględnieniem ograniczeń prądowych przekształtnika. Falownik wielopoziomowy umożliwia dokładniejsze generowanie napięcia wyjściowego przy mniejszej częstotliwości modulacji oraz umożliwia zmniejszenie wymiarów filtrów sieciowych względem klasycznego falownika dwupoziomowego. Użycie algorytmu selektywnej kompensacji pozwala na zastosowanie przekształtnika o mniejszej mocy' i skompensowanie tylko wybranych wyższych harmonicznych. Przedstawiono wyniki symulacji wykonanej w programie Matlab proponowanej metody sterowania, którą oparto na algorytmie adaptacyjnym na przykładzie wybranej harmonicznej.

Słowa kluczowe:    filtr aktywny, selektywna kompensacja

harmonicznych, falownik wielopoziomowy NPC.

1. WPROWADZENIE

Rosnąca liczba nieliniowych odbiorników energii elektrycznej podłączanych do systemu dystrybucyjnego powoduje szereg problemów związanych z pogorszeniem jakości energii elektrycznej. Doprowadziło to do opracowania standardów dopuszczających maksymalne poziomy zniekształceń harmonicznych [1], Klasyczne rozwiązania oparte na filtrach pasywnych w wielu sytuacjach są już niewystraczające, szczególnie z powodu dużych rozmiarów, wagi czy problemu z występowaniem rezonansów'. Przyczyniło się to do wzrostu zainteresowania energoelektro tuczny mi filtrami aktywnymi w różnych konfiguracjach i topologiach (2), w tym układami falowników' wielopoziomowych [3], w szczególności z diodami poziomującymi (ang. Neutral Point Clamped, NPC). Cechują się one korzystnymi właściwościami takimi jak mniejsze tętnienia prądu przy' tej samej częstotliwości modulacji, dokładniejsze odtwarzanie napięcia zadanego, możliwość stosowania półprzewodników' na niższe napięcie, mniejsze straty’ przełączania, mniejsze wymiary filtrów sieciowych i filtrów przeciwzakłóceniowych. Obecnie równoległy filtr aktywny jest najczęściej stosowanym przekształtnikiem służącym do poprawy parametrów jakości energii. Podłączony jest równolegle poprzez dławiki sieciowe do tego samego przy łącza co odbiornik lub gntpa odbiorników rucliniowych (ry s. 1).

Rys. 1. Schemat ideowy podłączenia wielopoziomowego 3L-NPC równoległego filtra aktywnego

W zależności od przyjętej strategii sterowania w większości opracowań zakłada się, że przekształtnik posiada wystarczającą moc do skompensowania występujących parametrów jakości energii elektrycznej (harmoniczne prądu, moc bierna czy' asy metria obciążenia). Obecnie istnieje niewiele prac poświęconych sterowaniu filtrami aktywnymi i zagadnieniu selektywnej kompensacji harmonicznych uwzględniających ograniczenia przekształtnika [4], [5], |6|. Metodę kompensacji opartą na priory tetach przydziału mocy przekształtnika przedstawiono w pracach |5] i [6], jednak nie uwzględnia ona kompensacji tylko wybranych harmonicznych. Natomiast w pracy |4| opisano kompleksowy optymalizacyjny algorytm selektywnej kompensacji zakładający ile mocy’ przekształtnika może zostać przeznaczone do skompensowania odpowiednio: harmonicznych prądu, mocy biernej czy symetryzacji obciążenia przy uwzględnieniu ograniczeń przekształtnika. Wadą tego rozwiązania jest wolna odpowiedź algory tmu optymalizacyjnego wynosząca około 1 s, która została spowodowana transmisją i przetworzeniem danych na komputerze PC w programie Matlab. Podejście to mimo dużego potencjału cechuje się niekorzystnym opóźnieniem w wyznaczaniu prądów w stanach przejściowych. W litcratirrzc również obserwuje